金属有机框架-核酸复合材料的构建及其在荧光生物医学传感中的应用

金属有机框架材料(metal-organic frameworks, MOFs)是一类由无机金属节点和有机配体自组装而成的新型多孔材料,因其具有可定制的结构和功能、大的比表面积及多功能化位点等诸多优点,在生物医学、生物传感等领域应用广泛.此外,核酸分子以其特有的分子识别和灵活的可编辑性,近年来在靶标识别、分子检测领域取得了令人瞩目的成就. MOFs与核酸的有机整合能够有效扩展两种单体的功能及应用范围,目前已成为化学及生物医学等领域的研究热点.本文综述了近年来MOFs-核酸复合材料荧光生物传感器的构建及其在生物医学领域中的应用进展.首先介绍了MOFs-核酸复合材料传感器的构建方法;其次,根据MOFs所发挥功能的不同,分别从基于荧光淬灭、发光以及刺激响应三大方面对MOFs-核酸复合材料在荧光生物医学传感中的应用进行了分类概述;最后分析了该研究领域目前面临的挑战,并对其未来发展进行了展望.     

生物传感器在POCT中的应用研究

即时检测（POCT）是在病人旁边或现场进行的检测,因其简单、快速、便携且不受场所限制已成为目前体外分子诊断技术发展的一支风向标。而生物传感器以其快速、灵敏、高效、便携及易于自动化、微型化等优点在发展现场即时检测技术中具有非常大的潜力。近年来,随着生物传感技术、互联网技术的发展及各种新技术、新方法的兴起和融合,POCT技术和方法得到了实质性发展。本文简要介绍了生物传感器的分类和生物传感器在POCT中的应用现状,综述了近年来各类生物传感器在面向POCT检测应用的研究进展。生物传感器根据类型主要分为基于微流控芯片的生物传感器、基于纸的生物传感器、基于纳米材料的生物传感器、基于手机检测平台的生物传感器及集成的生物传感器等,并对这些传感器平台在POCT检测方面的应用做了阐述,最后对生物传感器在POCT应用中存在的问题进行了讨论,并对其发展趋势及前景做了展望。     

基于核酸的纸基荧光生物传感器的设计及应用

纸基生物传感器由于其具有成本低、操作方便、生物可降解、识别元件用量低等优点,近年来受到了广泛的关注。其中,以功能核酸作为识别元件的纸基荧光生物传感器具有较高的灵敏度、瞬时响应以及实时检测等特性,在便携式传感设备方面展现出巨大的潜力。此外,将核酸作为识别元件的纸基无细胞蛋白合成平台,通过条件合成的报告荧光蛋白可实现对病毒、重金属等目标物的特异性检测,具有良好的应用前景。首先,本文介绍了基于核酸的纸基荧光生物传感器的设计,特别是基于核酸的识别元件与纸基材料的结合方式。其次,总结了基于核酸的纸基荧光生物传感器在临床诊断、食品安全检测、环境污染物检测等不同领域的最新研究进展,讨论了其优势与局限性。最后,探讨了基于核酸的纸基荧光生物传感器的发展方向与应用前景,以期为相关领域的研究提供参考。     

MXene在电化学传感器中的应用

过渡金属碳化物或氮化物(MXene)作为一种新型的二维层状材料,由于具有良好的导电性、水中分散性、高的生物相容性和稳定性等,在电化学传感领域具有巨大的应用潜力。将MXene与其他纳米材料复合,可以扬长避短,在性能上实现优势协同和功能互补,有效提高电化学传感器的灵敏度和选择性。本文按照检测物的种类进行分类,综述了基于MXene材料构建的电化学传感平台在生物标记物和环境污染物检测中的应用,并讨论了MXene材料在电化学传感领域未来研究发展和应用中所面临的挑战。     

基于水溶性共轭聚合物的蛋白质检测*

近年来,以共轭聚合物作为生物传感元件,在生物大分子（如核酸、蛋白质）特异性识别、检测方面的研究越来越受到人们的关注。共轭聚合物具有强的光捕获能力,具有倍增光学响应性,可用来放大荧光传感信号,大大提高检测的灵敏度,为生物传感器的发展提供了新的传感模式。基于共轭聚合物的新型生物传感器在医疗诊断、环境检测以及国家安全防御等方面具有广泛的应用前景。本文简要介绍了共轭聚合物的荧光信号放大机制以及在蛋白质、酶、抗原－抗体检测方面的应用。最后对共轭聚合物在蛋白质检测方面的未来发展趋势进行了展望。     

微悬臂生物传感器

微悬臂生物传感器是基于原子力显微镜和生物传感器发展而来,具有无需标记、快速、实时、灵敏度高等优点,已广泛运用于生物医学、环境监测、医药、食品及军事等多个领域。微悬臂生物传感器已成为当前研究热点。本文对近年来微悬臂生物传感器的研究工作进行了综述,总结了微悬臂传感器中微悬臂梁的结构、工作模式、激励方法和检测方法。国内有关微悬臂传感器的综述多是着重于介绍微悬臂传感器的应用进展,而缺少对微悬臂传感器的检测方法或读出方式做全面而系统的介绍,本文不仅全面且系统地对微悬臂传感器的8种检测方法进行了详细的介绍和分析,还介绍了微悬臂梁的多种典型尺寸、外观和微悬臂传感器工作模式中的"热模式"。针对微悬臂传感器实现特定检测及提高灵敏度的目的,本文总结了微悬臂传感器的表面修饰方法,不仅介绍了国内外微悬臂生物传感器最新的应用动态,还介绍了一种具有自驱动自传感功能的新型微悬臂传感器,并对微悬臂生物传感器的应用前景作了探讨。     

基于核酸适体的电化学生物传感器*

核酸适体是一类体外筛选的、可与目标分子高效、高特异亲合的RNA或DNA寡核苷酸片段,与常规识别分子（如抗体等）相比,核酸适体作为一类新型识别分子具有明显特色和优势,已被广泛应用于生物传感等分子识别和应用研究领域。本文就基于核酸适体的电化学生物传感器（标记型和非标记型）的近期进展作简要评述,包括适体简介、标记型（“信号衰减”型、“信号增强”型、酶标记型和纳米粒子标记型）和非标记型电化学适体生物传感器等内容。     

用于赭曲霉毒素A检测的电化学适配体生物传感器的研究进展

赭曲霉毒素（Ochratoxin）是一类主要由曲霉菌和青霉菌产生的次生代谢产物,其中赭曲霉毒素A（OTA）的毒性最强。OTA相当稳定,常规的食品加工难以去除,若摄入受OTA污染的食品或药物会对人类造成严重的危害。实现对OTA的灵敏和快速检测是及早发现和处置OTA污染的关键。近年来,核酸适配体因其独特的优点,被作为抗体的替代物用于构建OTA电化学生物传感器。本文介绍了经典的OTA检测方法和基于适配体的电化学生物传感检测方法,从OTA电化学适配体传感器的适配体优化、新型材料应用以及生物信号放大技术的应用等三个方面总结了该生物传感技术的研究现状,并对其未来的发展进行了展望     

基于电化学生物传感器的重金属离子检测研究进展

电化学生物传感器是基于抗原抗体、酶、核酸适配体、蛋白质、细胞等各种生物成分建立的电化学方法,由于这些生物成分具有强的特异性,决定了电化学生物传感器具有高选择性。同时该方法还具有便捷快速、灵敏、操作简单等优点,已经被广泛应用于污染物重金属离子的检测,并具有良好的应用前景。本文综述了近年来基于各种生物成分的电化学生物传感器在重金属离子检测中的应用,并对该领域未来的发展趋势做了展望。     

传感器表面的适配体固定方法及其在生物传感器中的研究进展

适配体分子量小、结构简单、易于合成、适于反复使用和长期保存,适用于生物传感器领域。本文介绍了常见的适配体在传感器表面固定的方法,包括金硫键自组装膜、化学键共价结合、生物素/亲和素亲和作用、互补核酸链连接等,阐述了目前的研究进展,并分析比较了各种方法的特点。适配体传感器在检测范围、检出限、检测时间、多组分同时检测等方面的发展,将推动其在食品质量安全检测、疾病诊断、药物分析、环境监测等领域的广泛应用。     

无定形硒纳米粒子的交联酶模板法合成及其在生物传感器中的应用

本文以戊二醛交联的辣根过氧化物酶(HRP)为模板合成了均匀分散的无定形硒纳米粒子(粒径10~20 nm)，以所得合成产物为载体构建了HRP生物传感器。研究结果表明，无定形硒纳米粒子具有良好的生物相容性和吸附性，所得传感器灵敏度高，对测定底物的生物亲和性好。     

Label-Free Impedance Biosensors: Opportunities and Challenges

Impedance biosensors are a class of electrical biosensors that show promise for point-of-care and other applications due to low cost, ease of miniaturization, and label-free operation. Unlabeled DNA and protein targets can be detected by monitoring changes in surface impedance when a target molecule binds to an immobilized probe. The affinity capture step leads to challenges shared by all label-free affinity biosensors; these challenges are discussed along with others unique to impedance readout. Various possible mechanisms for impedance change upon target binding are discussed. We critically summarize accomplishments of past label-free impedance biosensors and identify areas for future research.     

A novel amperometric biosensor based on NiO hollow nanospheres for biosensing glucose

NiO hollow nanospheres were synthesized by controlled precipitation of metal ions with urea using carbon microspheres as templates, which were for the first time adopted to construct a novel amperometric glucose biosensor. Glucose oxidase was immobilized on the surface of hollow nanospheres through chitosan-assisted cross-linking technique. Due to the high specific active sites and high electrocatalytic activity of NiO hollow nanospheres, the constructed glucose biosensors exhibited a high sensitivity of 3.43 μA/mM. The low detection limit was estimated to be 47 μM (S/N = 3), and the Michaelis-Menten constant was found to be 7.76 mM, indicating the high affinity of enzyme on NiO hollow nanospheres to glucose. These results show that the NiO hollow nanospheres are a promising material to construct enzyme biosensors.     

水溶性发光金量子点灵敏检测L-半胱氨酸

室温下一步合成了一种蓝色发光金量子点。 该金量子点具有良好的水溶性和生物相容性,金量子点平均粒径为3.0 nm,在波长305 nm光激发下,发射430 nm蓝色荧光。 实验发现,一定量L-半胱氨酸对金量子点430 nm处荧光发射有显著的增强作用,由此可建立一种简单、迅速、灵敏检测L-半胱氨酸的新方法。在最佳条件下,金量子点荧光强度与L-半胱氨酸在0~4.0 μmol/L浓度范围内呈线性关系,线性相关系数R2=0.9976,对2.0 μmol/L L-半胱氨酸的11次测定结果的相对标准偏差（RSD）为2.8%,以3倍标准偏差计算本法对L-半胱氨酸测定的检出限为5 nmol/L。     

Immobilization of Acetylcholinesterase onto Carbon Nanotubes Utilizing Streptavidin-biotin Interaction for the Construction of Amperometric Biosensors for Pesticides

Abstract

Carbon nanotubes (CNTs) are very promising materials onto which bioactive molecules can be immobilized in the construction of biosensors. Streptavidin was used as a molecular linker to immobilize biotinylated acetylcholinesterase (AChE) on CNTs in a gentle and controllable fashion for pesticide biosensors. Glassy carbon electrodes coated with the CNT-enzyme complex had high affinity for the substrate acetylthiocholine and produced strong peak oxidation currents in electrochemical assays. We also propose a new method, i.e., the use of relative net slope rather than the percentage of inhibition, in the calculation of pesticide concentrations. The biosensors could detect low levels of the pesticide methyl paraoxon.     

层层自组装纳米金与乙酰胆碱酯酶电化学生物传感器检测有机磷农药

采用层层自组装技术制备了快速检测有机磷农药的生物传感器,利用带正电荷的高分子聚电解质聚二烯丙基二甲基氯化铵(PDDA)将乙酰胆碱酯酶(AChE)和金纳米粒子(AuNPs)通过静电力逐层固定到玻碳电极(GCE)表面,并采用交流阻抗和微分脉冲伏安法研究了此生物传感器的电化学行为。由于金纳米粒子优异的电催化性能和良好的生物相容性,使固定化的乙酰胆碱酯酶对其底物具有更高的亲和力和更快的响应速度。实验结果表明:修饰金纳米粒子后,传感器的氧化电流明显增大,在4.6×10-5～5.3×10-3mol/L范围内,固定化酶的抑制率与甲基对硫磷浓度的对数成正比,检出限为7.6×10-6mol/L。该生物传感器具有制备方法简便、成本低、灵敏度高等优点,已成功用于蔬菜样品中甲基对硫磷含量的测定。     

Preparation of Anti—Cardiac Troponin I Monoclonal Antibodies and Their Characterization with Surface Plasmon Resonance Biosensor

IntroductionIn fast and slow skeletal and cardiac muscles,troponin I,the inhibitory protein of the troponin-tropomyosin complex,exists in three isotype formsencoded by three separated genes.The amino acidsequences of the two skeletal and one cardiac Tn Iforms( s Tn I and c Tn I,respectively) exhibit40 %dissimilarity[1] .Moreover,human cardiac Tn I has31 additional residues on the N - terminal end,which do not exist in skeletal forms,thus it pro-vides a high potential for obtaining cardiac-…     

Nano-ZnO微叉指电极生物传感器检测大肠杆菌

设计了一种基于纳米ZnO材料检测大肠杆菌(E.coli O157:H7)的微叉指阻抗生物传感器,利用电化学方法在氧化铟锡(ITO)叉指电极表面沉积上纳米ZnO,然后将链霉亲和素固定在纳米ZnO表面,利用生物素亲和素的高亲和性原理将大肠杆菌抗体绑定在传感器表面,完成传感器的构建。实验表明,传感器检测E.coli O157:H7线性范围为40~4×10^6cfu/mL,检出限为40 cfu/mL,传感器的特异性、重现性、实用性较好。     

Dendritic Silver/Silicon Dioxide Nanocomposite Modified Electrodes for Electrochemical Sensing of Hydrogen Peroxide

A novel biosensor for hydrogen peroxide was prepared by immobilizing horseradish peroxidase (HPR) on newly synthesized dendritic silver/silicon dioxide nanocomposites, which were coated on a glassy carbon electrode. The modified electrode was characterized with XPS, SEM, and electrochemical methods. This biosensor showed a very fast amperometric response to hydrogen peroxide with a linear range from 0.7 to 120 μM, a limit of detection of 0.05 μM and a sensitivity of 1.02 mA mM^?1 cm^?2. The Michaelis‐Menten constant of the immobilized HRP was estimated to be 0.21 mM, indicating a high affinity of the HRP to H₂O₂ without loss of enzymatic activity. The preparation of the proposed biosensor was convenient, and it showed high sensitivity and good stability.     

Detection of DNA and Protein Molecules Using an FET‐Type Biosensor with Gold as a Gate Metal

In this study, a field effect transistor (FET)‐type biosensor based on 0.5 μm standard complementary metal oxide semiconductor (CMOS) technology is proposed and its feasibility for detecting deoxyribonucleic acid (DNA) and protein molecules is investigated. Au, which has a chemical affinity with thiol by forming a self‐assembled monolayer (SAM), was used as the gate metal in order to immobilize DNA and protein molecules. A Pt pseudo‐reference electrode was employed for the detection of biomolecules. The sensor was fabricated as a p‐channel (P)MOSFET‐type because PMOSFET with positive surface potential is useful for detecting negatively charged biomolecules from the view point of its high sensitivity and fast response time. DNA and protein molecules were detected by measuring the variation of the drain current due to the variation of biomolecular charge and capacitance. DNA and protein molecules used in the experiment were 15mer–oligonucleotide probe and streptavidin‐biotin protein complexes, respectively. DNA was detected by both in situ and ex situ measurements. Additionally, to verify the interactions among SAM, streptavidin, and biotin, surface plasmon resonance (SPR) measurement was performed.